機電一體化集成裝配裝置電氣控制系統的優化研究

何慧凡

摘 要：隨著我國工業自動化、智能化與現代化發展進程的逐年推進，機械制造業的自動化水平已經躍升到一個新的高度，尤其是機電一體化集成裝配裝置在電氣控制系統中的應用，不僅解決了生產效率低、投入成本高、產品質量差的問題，而且也實現了“中國制造”向“中國智造”的平穩過渡。因此，本文通過對西門子840D與FM-NC兩套數控系統采取的優化與改進措施，圍繞機電一體化集成裝配裝置的實際應用效果予以闡述。

關鍵詞：機電一體化;集成裝配;電氣控制;優化措施

機電一體化集成裝配裝置主要承擔著各種機械零部件的自動裝配任務，一方面，該裝置能夠根據程序指令準確抓取工件，并結合生產工藝參數對產品的精度與質量進行校驗與調整，但是，這種裝置在取代人工操作的同時，其加工生產過程的安全可靠性則成為機械制造企業首先需要解決的問題。在這種情況之下，對裝配裝置的電氣控制系統進行優化與改造則顯得尤為重要。

1 機電一體化集成裝配裝置結構組成與工作原理

1.1 結構組成

在對機電一體化集成裝配裝置電氣控制系統采取優化措施以前，該裝置主要由機械本體、控制系統、工控機測量系統、力傳感器系統、真空系統、氣動系統以及工裝等結構組成。其中，電氣控制系統主要采用西門子840D與FM-NC數控系統，分別對數字軸與模擬軸進行有效控制，840D系統主要控制7個數字軸，控制要素包括運動狀態、通訊傳輸與協調控制。而FM-NC系統由于兩個模擬軸的運動狀態進行監控[1]。

1.2 工作原理

無論采用哪一種集成裝配系統，其工作原理大體相同，一方面，系統可以完成各種加工零部件的抓、放動作，即把一個零件準確放置在另一個零件的內部，使其組合成一個完整的結構部件。在這抓放工序當中，系統需要具備準確的定位功能、抓取功能、移動功能、放置功能以及信息反饋功能。其中，定位功能是識別工件的準確位置，抓取功能是確定工件位置后，將工件抓起，移動功能是將工件移動至另一個與之相匹配的工件位置，放置功能是將兩個工件組合在一起，信息反饋功能則是將加工與安裝過程中的錯誤信息直接反饋給終端操作平臺，以便于操作人員及時做出應急處理，該集成裝配裝置執行動作的順序。

2 機電一體化集成裝配裝置電氣控制系統的優化措施

2.1 并聯冗余設計

該裝配裝置的氣動手爪主要完成工件的抓取工作，但是，在實際生產過程中，氣動手爪的張開度與閉合度難以滿足實際生產需求，以至于給整個生產進度造成嚴重影響。因此，通過對氣動手爪與真空吸取工作原理的分析，設計人員對其采取了冗余設計。其設計思路是我對傳輸電路采取雙模塊輸出控制，氣動手爪的閉合信號采用混合并聯的冗余設計，輸出信號所控制的繼電器則采用并聯冗余設計，而對于繼電器觸點控制電路，則采取串并聯相結合的冗余設計。這一種冗余設計模式使氣動手爪的安全性能得以進一步增強。手爪在執行張開與閉合動作時，出現誤動作的概率也明顯下降。

2.2 抗干擾設計

與機電一體化裝配裝置相配套的設備包括強電設備與弱電設備，這些設備在運轉過程中，將產生大量的電磁輻射，進而給工件的加工精度造成嚴重影響。為了提高電氣控制系統的抗干擾能力，防止內部元器件出現失效現象，設計人員基于電氣控制系統的內部結構，通過采取屏蔽技術、接地技術與濾波技術，來增強系統傳輸信號的穩定性。

2.2.1 屏蔽技術

在電氣控制系統中，電源電纜的電壓通常為380V與220V的常規電壓，而其余產生高電壓的電纜則可以通過設置屏蔽層的方法，使電纜本身產生的電磁輻射波無法向外界傳播，這就從根源上切斷了干擾信號的傳輸通道，同時，這種屏蔽設計也對信號傳輸電纜起到良好的保護作用，進而達到延長設備使用壽命的目的。

2.2.2 接地技術

電路在電氣控制系統當中扮演著重要角色，但是，如果電路沒有接地，電路本身便不會形成回路，這就增加了電氣控制系統的運行風險。因此，針對該集成裝配裝置，設計人員設計了保護地線、工作地線與屏蔽接地。保護地線的作用是確保電氣控制系統的機柜以及裝置本體能夠可靠接地。工作地線主主要采取并聯接地方式，來抵御外界電磁波干擾，屏蔽接地則是將所有屏蔽電纜的屏蔽層與接地銅排予以連接，這就給系統的安全穩定運行設置了一道堅固的安全防護屏障[2]。

2.2.3 應用濾波技術

濾波技術主要是指在運行軟件當中對采集到的各項數據信息進行電磁兼容消除干擾的處理技術，其中，濾波器是該技術的核心裝置，主要由電感、電容、電阻以及鐵氧體元器件組成。應用濾波技術可以有效的阻止一些非必要頻率的傳播，進而保障電氣控制系統能夠安全穩定運行。另外，由于供電電網產生的電磁噪聲也會對控制系統造成影響，因此，設計人員在840D數控系統伺服驅動系統的電源前端也安裝了濾波器，這就在電磁輻射波與電氣控制系統間設置了一道防火墻，進而截斷了電磁輻射波的傳輸通道。

2.3 熱設計

在機械制造領域，制造電子元器件的材料大多數都會標識一個溫度極限，在生產加工過程中，如果加工溫度超過了這一極限，材料的物理性能就會發生改變，在這種情況下，生產出來的產品，其功能性就會受到嚴重影響，尤其在具體應用時，極易縮短設備的使用壽命。針對這種情況，設計人員遵循熱設計原理，針對電氣控制系統中的控制機柜采取了強制制冷與冷卻的設計思路，通過加裝冷卻風扇與空氣過濾器的方法，來強行降低控制機柜內部的運行溫度，這種強制制冷措施，不僅保護了系統內部的元器件，而且產品出現質量缺陷的概率也大幅降低。

結束語：

通過對機電一體化集成裝配裝置電氣控制系統的優化與改進，不僅提高了作業生產效率，同時，也給企業節省了大量的設備維修保養資金。因此，技術人員在實際工作當中，應當不斷摸索、加強學習，并積極借鑒一些成功的技術經驗與應用案例，在保障電氣控制系統安全穩定運行的前提下，為社會各領域制造和生產更多的優質產品。

參考文獻：

[1] 胡亮亮，易義寧，藍學. 機電一體化集成裝配裝置電氣控制系統的 優化研究[J]. 科技資訊，2019，17（6）：24-25.

[2] 嚴登梅. 機電一體化集成裝配裝置的電氣系統優化改進[J]. 中國機械，2019（4）：20-21.